日前，东南大学能源与环境学院肖睿教授、张会岩教授领衔的清洁能源团队在国际著名期刊《Nature Communications》上发表了题为“Renewable formate from sunlight, biomass and carbon dioxide in a photoelectrochemical cell”的论文，报道了该团队在可再生合成燃料和生物质高值化利用方面的最新研究成果。
生物质广泛存在于自然界中，是地球上最丰富的可再生碳资源，可以替代有限的化石原料以满足人类日益增长的物质和能量需求。但与化石原料相比，生物质的结构更加复杂，如何高选择性地将生物质定向转化为高附加值的化学品和燃料是一项巨大的挑战。与传统的热催化方法相比，光电催化技术的反应条件相对温和，可以将生物质结构中某些特定官能团完整保留，选择性地进行特定化学键断裂。
在这项工作中，团队开发设计了一种高选择性断裂生物质C-C连接键的光电催化系统，以葡萄糖作为模化物，在光阳极上C-C键断裂生成甲酸的选择性接近100%。以杨木屑、稻草或竹子等原生生物质作为反应原料，甲酸选择性超过90%。反应是连续的 C1-C2 断键过程，通过不断生成分子量更小的醛糖，最终变成甲酸。另外，将光阳极生物质氧化和光阴极CO2还原过程耦合匹配，可以在太阳光驱动下实现无偏压的阴阳极共催化产甲酸，系统综合法拉第效率超过160%，突破了传统不含生物质光电催化系统的极限。该工作为生物质资源的高值化利用提供了新途经。
清洁能源团队硕士生潘宇洋和张会岩教授为论文共同第一作者，张会岩教授、储升副研究员和南京大学李朝升教授为共同通讯作者。近年来，肖睿教授、张会岩教授团队在国家重点研发、国家优秀青年基金等项目资助下，在生物质/有机固废高值化利用领域取得了一系列重要进展，针对热转化过程中易结焦、产品收率低、规模化难等问题，提出将光电、微波、等离子体等多种能量引入传统热转化过程中，形成耦合互补，在温和条件下实现零碳/负碳高值转化的新方法。（顾晓洁）
文章链接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-36726-3